Terni_Kosti_skalyi_i_zvezdyi._Nauka_o_tom_kogda_chto_proizoshlo.395719 - Крис Терни

Рассуждая так же, как до него Бюффон, Кельвин предположил, что сначала Земля была раскаленным шаром, а потом постепенно остыла до нынешнего состояния. Поскольку твердый камень плотнее жид­кости, остывающие и твердеющие породы должны погружаться в жидкую расплавленную массу древней Земли. От них расходились бы при этом конвекцион­ные потоки, способствующие равномерному распре­делению тепла по планете, пока Земля не затвердеет полностью. Таким образом, на любой глубине темпе­ратура должна быть одинаковой. Опираясь на послед­ние научные данные о том, как распределяется тепло в камне, Кельвин подсчитал, сколько его выделилось с земной поверхности в космическое пространство. Отсюда можно было сделать вывод о том, когда же об­разовалась Земля.

Поскольку такой метод грешил допущениями и не­точностями, Кельвин определил возраст Земли доста­точно приблизительно — от 20 до 400 млн лет, в среднем около 98 млн. Геологам впору было отказываться от предложенной Хаттоном идеи бесконечности.

В течение последующих 40 лет, по мере посту­пления новых данных о температуре Земли, Кельвин периодически пересматривал результаты своих рас­четов, каждый раз снижая цифры. К 1876 г. верхний предел уже равнялся 76 млн лет, а к 1897 г. прибли­жался к 20 млн. Вместе с цифрами возраста Кельвин последовательно терял и сторонников среди геологов. Такие краткие сроки не согласовались сданными, ко­торые многие из них получали в полевых исследова­ниях, однако доказать они ничего не могли.

Возраст, предложенный Кельвином, вызывал про­тест и у Чарльза Лайеля, одного из основных участ­ников спора о ледниковых периодах. Лайель придер­живался униформистских представлений, согласно которым для формирования нынешнего облика Зем­ли требовалось несоизмеримо более долгие сроки. В то же время его вдохновляли труды Джеймса Кролла — в частности, о роли перемен обращения Земли вокруг Солнца в наступлении ледниковых периодов (см. главу 7). Возможно, именно здесь следовало ис­кать ключ к определению возраста Земли.

¤

В 1867 г. Лайель опубликовал десятое издание «Основ геологии», где утверждал, что последний ледниковый период должен был наступить от 750 000 до 800 000 лет назад. На этом основании он предполо­жил, что 95% всех современных раковин обнаружи­ваются в отложениях возрастом миллион лет. Именно столько должно было уйти на обновление одной двад­цатой части вида. Как мы помним, для униформиста Лайеля любое развитие предполагало цикличность. Итак, если для полного обновления вида требова­лось 20 млн лет, а таких полных циклов прошло 12, то бурный всплеск жизни, наблюдавшийся в начале кембрийского периода, должен был произойти около 240 млн лет назад. Далеко за рамками возраста, под­считанного Кельвином.

Теперь не смог остаться в стороне от споров и Джеймс Кролл, который вопросами возраста Земли в общем-то не занимался. Он не разделял точку зрения геологов, настаивавших на «бесконечности». По его мнению, все эти геологические «расчеты» сроков и скорости изменений лежали исключительно в об­ласти догадок. Сам он верхним пределом возраста Земли считал 100 млн лет. В отличие от Лайеля, Кролл предполагал, что последний ледниковый период при­ходился на самую недавнюю стадию высокой эксцен­тричности орбиты, которая, по его подсчетам, закончилась лишь 80 000 лет назад. Лайель этого не учиты­вал, поскольку за 80 000 лет мир никак не успел бы, по его представлениям, принять современный облик. Если возраст получался меньше, то и сроки обновления видов, предложенные Лайелем, также подлежали сокращению. Таким образом, с начала кембрийского периода должно было пройти лишь 60 млн лет. Это Кролла устраивало куда больше.

Эти цифры удостоились пристального внимания нескольких выдающихся ученых, в том числе Альфре­да Уоллеса, которому, как и Дарвину, не давали покоя предположения относительно возраста Земли. В своих подсчетах Уоллес исходил из того, что докембрий, когда жизни на Земле еще не было, длился в три раза дольше кембрия, а значит, жизнь на Земле существу­ет 24 млн лет и общий возраст Земли — 96 млн лет. Уоллес думал, что наконец примирил противобор­ствующие стороны. С одной стороны, удовлетворено предположение Дарвина о длительном периоде, предшествующем появлению жизни; с другой — цифра не противоречила оценке Кельвина в 98 млн лет. Дар­вина, впрочем, это не убедило.

Тем временем многие британские и американские геологи начали подбираться к проблеме с другого бока. Они попытались определить возраст независимым пу­тем, подсчитав совокупную толщину всех известных геологических объектов и прикинув предположитель­ную скорость образования отложений. В литературе замелькал калейдоскоп цифр: в 1860 г. возраст долины Ганга был определен как 96 млн лет, а в 1878 г. воз­раст Земли — как 200 млн лет. Однако ни один из этих результатов особого резонанса не вызвал, поскольку цифры все равно получались весьма приблизительные и проходили по нижней границе возраста.

Еще в XVIII в. британский астроном Эдмонд Галлей усомнился в правильности возраста Земли, названно­го епископом Ашшером. Галлей утверждал, что с уче­том скорости эрозии Земля должна быть гораздо стар­ше 6000 лет. Он предложил альтернативный способ определения возраста, основанный на наблюдении, что озера, из которых не вытекают реки, обладают большой соленостью. И соль, судя по всему, приносят с собой впадающие реки. В 1715 г. он высказал следу­ющее предположение: «Не исключено, что соленость океана обусловлена теми же причинами, что соле­ность озер». Галлей рассудил, что раз изначально океан был пресным, то, измерив концентрацию соли, можно по скорости превращения воды в соленую определить возраст Земли. Оставалось только собрать данные для вычислений.

Между 1899 и 1901 гг. ирландский геолог Джон Джоли из дублинского Тринити-колледжа, приняв эстафету у Галлея, вычислил скорость поступления соли в океан. Джоли рассудил, что, поскольку соль в речной воде присутствует в незначительных дозах, этим количеством можно пренебречь и разделить весь объем соли в морских водоемах мира на скорость ее поступления. В результате возраст нашей планеты по оценкам Джоли находился в промежутке от 90 млн до 100 млн лет — почти как изначально у Кельвина.

Теперь нам известно, что соль подвергается мас­штабной переработке: крупные геологические форма­ции удерживают ее, изымая из круговорота, но через подводные колодцы на стыках плит она все равно по­падает туда в большом количестве. Джоли, один из по­следних приверженцев гипотезы Кельвина, продолжал публиковать результаты измерений содержания соли и опровергать показатели более древнего возрас­та Земли до самой своей смерти, которая наступила 30 лет спустя.

Одним из первых воспользоваться свойствами радиоактивности для определения возраста нашей планеты догадался новозеландец Эрнест Резерфорд, в начале 1900-х гг. работавший в канадском Универ­ситете Макгилла. Резерфорд понимал, что огромный объем заключенной в радиоактивных элементах энер­гии должен поддерживать высокую температуру вну­три Земли. Планету уже нельзя было рассматривать согласно представлениям Кельвина как остывающий раскаленный шар (в 1908 г. Резерфорд получил Нобе­левскую премию за исследования радиоактивности — по иронии судьбы, в области химии, которую он ста­вил ниже физики).

В 1904 г. Резерфорд выступил с докладом перед Ко­ролевской ассоциацией. Разумеется, среди слушате­лей оказался не кто иной, как Кельвин. Начало докла­да он, видимо, проспал, но, когда Резерфорд подошел к проблеме возраста Земли, тут же проснулся и резко выпрямился в кресле. И тут Резерфорда осенило. Он напомнил об оговорке, которую делал Кельвин в сво­их ранних трудах: его выводы относительно земного возраста могут оказаться неточными, если на планете обнаружится другой, неизвестный в тот момент источ­ник энергии (хотя Кельвин с пеной у рта доказывал, что подобное маловероятно). Резерфорд предположил, что радиоактивность вполне может служить таким до­полнительным источником энергии. Кельвин, поль­щенный знаком уважения от Резерфорда, тем не ме­нее от своих результатов не отказался, продолжая считать их верными, и даже сообщил одному своему другу в доверительной беседе, что это, пожалуй, самой большой его вклад в науку.

Открытие радиоактивности повлекло за собой обнаружение еще целого ряда новых химических эле­ментов в начале XX в. К урану (открытому в 1789 г.) добавились радий, полоний, радон и торий. Может быть, с их помощью удастся установить возраст Зем­ли? В 1907 г. Резерфорд выдвинул гипотезу, что газ гелий является побочным продуктом радиоактивно­го распада, — и год спустя она подтвердилась. Если предположить, что гелий после образования удержи­вается в горной породе и что скорость его образования поддается учету, можно вычислить время остывания и затвердевания породы (тот же принцип, что в калиево- и аргонно-аргоновом методах).